CN1374269A - 模型试验中制备模型用的材料 - Google Patents

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Abstract

模型试验中制备模型用的材料,涉及工程相似模型试验材料制备技术。本发明的特征是该材料中还含有磁铁矿精矿粉(Fe3O4),其配比为磁铁矿精矿粉:河沙=8.5～9.5∶1.5～0.5,石膏重量百分比为1～5%,水重量百分比为7～10%。本发明采用不同的配比,实现模拟不同高容重的材料,模拟材料容重范围可达到2.65～3.00g/cm3。利用本发明制备的模型用材料,可克服现有相似模型试验中无法模拟高容重材料、性质不稳定、容易生锈及成本过高的缺陷。

Description

模型试验中制备模型用的材料
技术领域
本发明涉及一种模型试验中制备模型用的材料，属于工程相似模型试验材料领域。
背景技术
目前，相似模型试验中制造模型的材料主要有以下几种：(一)采用重晶石作为主要材料，其它材料有石膏、石英砂、氧化锌粉、膨润土粉、液体石蜡油，参见李天斌等，三峡黄腊石滑坡深部变形、破裂带的模拟研究，《成都理工学院学报》，1996年第4期，第17页～24页。李天斌等，西安地区断裂构造活动性的地质力学模拟研究，《工程地质学报》，1994年第3期，第34页～42页；(二)采用砂、石膏作为主要材料，其余材料为添加剂，参见赵震英，洞群开挖围岩破坏过程试验，《水利学报》，1995年12月，第24～28页；(三)由加膜铁粉和重晶石粉为骨料，以松香为胶结剂经压制而成，参见韩伯鲤等，地质力学模型MIB材料，《武汉水利电力大学学报》，1994年2月第27卷第1期，第17～23页；(四)采用铜粉作为主要材料。
上述模型材料中，采用重晶石、石膏、砂等材料制作的相似模型，其容重最大只能达到2.4～2.5g/cm3，要制作容重达2.65～2.85g/cm3，无法满足要求，因此很难模拟高容重的材料；由加膜铁粉和重晶石作为骨料制作相似模型，可以满足高容重材料的要求，但由于增加了加膜的工艺使得制作成本增加，而且膜一旦脱落铁粉极容易生锈，从而影响材料性质的稳定性，容易导致试验失败；采用铜粉也可以满足高容重材料的要求，且不会像铁粉那样容易生锈，但很难找到合适的原料，而且成本过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种可模拟高容重材料、性质稳定而且成本低的模型试验中制备模型用的材料，采用不同的配比，实现模拟不同高容重的材料。
本发明提出的一种模型试验中制备模型用的材料，含有河砂、石膏和水，其特征在于：该材料中还含有磁铁矿精矿粉(Fe3O4)，其配比为磁铁矿精矿粉∶河沙＝8.5～9.5∶1.5～0.5，石膏重量百分比为1～5％，水重量百分比为7～10％。
利用本发明制备的模型用材料，可克服现有相似模型试验中无法模拟高容重材料、性质不稳定、容易生锈及成本过高的缺陷，模拟材料容重范围可达到2.65～3.00g/cm3。
具体实施方式
模型试验材料的选择至关重要。根据模型试验相似理论，必须选用与原形物理力学性质容重一致的材料，才能体现自重应力场的影响，这样才能达到全相似和缩小模型尺寸的目的。如果使模型材料的容重与实际岩体材料的容重相同，即容重比尺Kγ＝1.0时，则弹性模量和应力比尺将与几何比尺相同，从而大大简化和方便模型与实际工程物理参数之间的换算。因而一般进行模型试验时，均倾向于选择较重的模型材料，从而使容重比尺能够等于1.0。研究表明，选用经过漂洗的磁铁矿精矿粉作为主要模型材料是很理想的。
本发明所用的磁铁矿精矿粉是将磁铁矿石粉碎后研磨成细粉，经水流漂洗冲去杂质后所得到的纯净矿粉，其平均粒径小于0.1mm。这种矿粉成份在自然条件、甚至在很恶劣的条件下，都很稳定，不易生锈，而且成本较低。在自然堆积状态下的容重可超过3.00g/cm3，而且由于容重大，在搅拌和模型制作过程中不易扬尘起灰损害环境，因而是一种理想的模型材料。为了调整配比以适应不同的干容重，以及增加模型试验材料的摩擦角和脆性，又在磁铁矿粉中添加了一定比例的清洁河砂，采用石膏作为胶凝材料。
本发明的容重模拟范围为2.65～3.00g/cm3的材料，磁铁矿粉、河沙的配比为8.5～9.5∶1.5～0.5的范围进行，石膏为胶结剂，可按具体情况添加，一般在1～5％。在具体操作时应该注意，当制备石膏粉掺量超过3.5％时，其夯压时间加长，且料呈粉状，是石膏粉吸水量增多而导致拌合料的含水量不是最优含水量所造成的。因此，要进行石膏粉掺量的最优含水量的试验。
实施例1
模拟某水电站大型地下厂房三维地质力学相似模型试验，模拟容重为3.0g/cm3的地质材料，其磁铁矿精矿粉与河沙的配比为9.5∶0.5，石膏粉含量5％，水含量9.5％，进行夯压。夯压成型后，按照有关规范进行各种物理力学试验。例如采用7cm×7cm×7cm的正方形试模得到的试验结果为：抗压强度R＝2.55MPa；变形模量E0＝185MPa；弹性模量E＝280MPa。
实施例2
模拟容重为2.85g/cm3的地质材料，其磁铁矿精矿粉与河沙的配比为9∶1，石膏粉含量4.0％，水含量8％，进行夯压。夯压成型后，按照有关规范进行各种物理力学试验。例如采用7cm×7cm×7cm的正方形试模得到的试验结果为：抗压强度R＝2.25MPa；变形模量E0＝163MPa；弹性模量E＝258MPa。
实施例3
模拟容重为2.65g/cm3的地质材料，其磁铁矿精矿粉与河沙的配比为8.5∶1.5，石膏粉含量1％，水含量7％，进行夯压。夯压成型后，按照有关规范进行各种物理力学试验。例如采用7cm×7cm×7cm的正方形试模得到的试验结果为：抗压强度R＝0.949MPa；变形模量E0＝101MPa；弹性模量E＝135MPa。

Claims (1)

1、一种模型试验中制备模型用的材料，含有河砂、石膏和水，其特征在于：该材料中还含有磁铁矿精矿粉(Fe3O4)，其配比为磁铁矿精矿粉∶河沙＝8.5～9.5∶1.5～0.5，石膏重量百分比为1～5％，水重量百分比为7～10％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108169419A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 浙江海洋大学 一种测试水封洞库回注水对洞库影响的装置及实验方法
CN109859608A (zh) * 2018-12-26 2019-06-07 华北科技学院 适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法

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